含微通道网络的再生支架3D打印成形工艺和系统及试验研究_刘媛媛
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增材制造在材料专业教学与实践中的应用探讨作者:刘桐鹿宪珂刘琪冒国兵来源:《教育教学论坛》2021年第21期[摘要] 增材制造技术已经成为材料成形的一种重要方式,在材料工程应用中起到了重要作用。
增材制造技术在高等院校材料工程类专业中的应用,既可以丰富课程体系,又可以促进大学生创新设计与实践应用。
从材料工程类课程教学改革方向、专业学科方向与学科交流、材料工程类专业大学生创新创业及增材制造技术在材料工程专业应用等四个方面,探讨了增材制造技术在高等院校材料工程类专业教学与实践中的应用方向,为材料工程类专业在增材制造方向的教学改革奠定了基础。
[关键词] 增材制造技术;材料工程专业;教学改革;实践应用[基金项目] 2019年度安徽省教学研究重点项目“成果导向的教学过程质量监控机制建立与改进——以安徽工程大学材料科学与工程专业为例”(2019jyxm1155);2016年度安徽省教学研究重点项目“以提高材料类专业大学生创新能力为目标的实践教学体系构建与保障能力建设”(2016jyxm0090);2018年度校级新工科示范专业(方向)项目“材料科学与工程专业增材制造专业方向”(2018xgksfzy01)[作者简介] 刘桐(1988—),男,安徽宿州人,博士,安徽工程大学材料科学与工程学院讲师,主要从事金属材料增材制造研究。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324(2021)21-0077-04 [收稿日期] 2020-12-03增材制造技术是基于离散—堆积原理,由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术。
基于不同的分类原则和理解方式,增材制造技术的内涵仍在不断深化,外延也在不断扩展。
增材制造技术不需要传统的刀具和夹具及复杂的加工工序就能在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件,从而实现零件的“自由制造”,解决了许多复杂结构零件的成形,并大大减少了加工工序,缩短了加工周期,而且产品结构越复杂,其制造速度的作用就越显著。
纤维素科学与技术Xianweisu Kexue Yu Jishu2019年第27卷第1~4期总目次第1期纤维素性质对纤维素溶液可纺性以及纤维性能的影响...........杨革生,魏孟媛,杨彦菊,张慧慧,邵惠丽(1)甘蔗渣水解液替代部分糖源生产细菌纳米纤维素的研究.....................................邹小周,陈琳,洪枫(8)玉米秸秆纤维素增强聚乳酸复合材料的制备及其界面改性..........韩青,杨革生,于敏敏,张慧慧,邵惠丽(17)N,N-二(磷酸乙基)双胍对棉织物的阻燃抗菌性能研究.......................................................................................陈兵,董朝红,朱平,慈美玉,刘建,马兴博(23)对甲基苯磺酸预处理麦草备料废渣制备纳米纤维素...............................高莹,卞辉洋,焦亮,戴红旗(31)混合桉木预水解硫酸盐法溶解浆的制备.....................................黄璜,刘祝兰,周恰,姚华,曹云峰(38)壳寡糖席夫碱Cu(Ⅱ)配合物与鲱鱼精DNA的相互作用......................................李小芳,冯小强,朱元成(44)纤维素/硅藻土复合气凝胶球的制备及其吸附性能的研究...........王佳楠,羿颖,边勇军,马媛媛,刘志明(49)NaOH溶液预处理结合超声制备微纤化纤维素的研究.............徐雪冬,刘斌,吴雪,王晶,刘美莲(57)丝状真菌产纤维素酶相关碳代谢阻遏因子的研究进展............邓婷婷,郑春娟,来亚鹏,刘刚,王娟(65)纳米纤维素环保高效制备研究进展............................................补大琴,康森先,王奇,姜曼,周祚万(72)第2期肝素/鱼源明胶改性细菌纳米纤维素管用于小口径人工血管的潜力.....................................................................................................汤曼,包露涵,邵志宇,陈琳,洪枫(1)诱变选育木聚糖酶高产菌及其发酵条件优化.............................朱慧霞,方桢,汪水玲,马晓静,姚日生(11)欧洲大麻纤维的组成结构及脱胶研究.........................................李芳,刘柳,李贝,张瑞云,王妮(24)细菌纳米纤维素复合抗菌水凝胶敷料的性能研究...................................张丽,袁海彬,陈琳,洪枫(31)硬脂酸改性纳米纤维素晶体/纳米ZnO复合材料的制备与表征..........................朱文凯,张洋,吴燕(39)纳米氧化镁/纤维素复合微球吸附水中阿莫西林.......................麻灿,戴学海,吴锶美,杨金辉,罗晓刚(46)落叶松附毛孔菌稻草液态发酵产漆酶条件优化........................薛慧婷,苑红,扈瑞平,王瑞,李冠华(52)含硅-磷-氮阻燃剂对棉织物拒水阻燃复合功能的研究............................马兴博,朱平,吕洲,董朝红(59)CBM的结构、应用及与多糖的相互作用研究进展.....................................................................................张雨,王晓燕,张鑫宇,王沛沛,田静,宋君龙(66)3D打印植物纤维素研究进展.......................................王岩,程婷,卢万里,秦小渝,段超,戴磊(74)第3期固定化漆酶与Co(salen)/NaY组合催化转化木素的研究......................................................马雪梅,周学飞(1)液化玉米秸秆粘合粉煤成型试验研究.........................陈娟,闫涛,闫秦生,张智芳,刘皓,李梅(8)Ca2+交联半互穿网络对海藻酸钠/羟丙基甲基纤维素共混膜机械性能的影响...................................................................................................................王倩倩,张林,张刚强,朱平(15)冷却方式和超声时间对Lyocell纤维原纤化程度及力学性能的影响.....................................................................................................黄俊,杨革生,于敏敏,张慧慧,邵惠丽(23)利用氢氧化钠-尿素-氧化锌-水体系制备湿强纸的研究.........................................翟睿,赵会芳,周小凡(30)由棉杆制备CeO2-纤维素新型吸附材料及性能......................................................李硕,周涛,谭文英(36)防掉屑纸浆模塑试样的制备及其表征...................................................................................岑蕾,张新昌(45)淀粉细菌纤维素复合材料的制备及应用...................................陈辰,李雪菲,李文萍,杨加志,孙东平(51)纤维素基纸z向淀粉渗透分布的测定方法...............................冀嵩林,倪书振,刘祝兰,吴伟兵,戴红旗(57)细菌纤维素的合成原料多样性及其合成机制研究概况...................................................................................................卯海龙,韩永和,王珊珊,章文贤,蒋咏梅(68)木质纤维素生物质催化转化为高附加值产品的研究进展...................................................刘志斌,张学勤(77)第4期聚乳酸/玻璃纸(PLA/CP)复合膜的制备及性能研究..............................苟莎恒,张莉莉,段毓,王志国(1)氧化剂和反应条件对漆酶与仿酶一锅法降解木素的影响....................................................马雪梅,周学飞(8)运用二维核磁解析双取代氰乙基甘油醚纤维素结构.....................................................................................钱浩,沈晓飞,张燕,宋磊,王慧庆,卢芸(18)纤维素醚/纤维素纳米晶复合乳液的稳定性及消化性能研究.................刘伶俐,肖咏梅,毛志平,隋晓锋(27)醋酸纤维素/纳米二氧化钛抗菌复合薄膜的制备及其表征....................................................................................................高莹,曹丽明,杨益琴,吴伟兵,戴红旗(33)蔗渣纤维素/羧甲基纤维素钠复合水凝胶的制备与性能研究.....................................................................................曾建,李昱,李锦荣,陈瑞荣,平兆华,马年方(40)桉木木质素提取及环氧树脂的合成表征...................................李惠文,苗长林,吕鹏梅,王忠铭,袁振宏(46)麻纤维的嫩江水短时浸渍-脱胶工艺的优化研究.....................田英华,张羽飞,刘晓兰,王路,吴红艳(52)提升纸张强度的近期研究进展.....................张燕,鲁传虎,沈晓飞,王超君,张铭涛,刘玉鑫,王慧庆(57)浅谈天然植物染料在不同种类纺织品上的应用.....................................................邵芬娟,张维,丁雪梅(67)JOURNAL OF CELLULOSE SCIENCE AND TECHNOLOGY2019 Vol. 27TOTAL CONTENTSNo. 1Effect of Cellulose on the Spinnability of Dope and the Properties of Lyocell Fiber.......................................................................YANG Ge-sheng, WEI Meng-yuan, YANG Yan-ju, ZHANG Hui-hui, SHAO Hui-li(1)Production of Bacterial Nanocellulose with Medium Containing Sugarcane Bagasse Hydrolysate.....ZOU Xiao-zhou, CHEN Lin, HONG Feng(8)Preparation and Interfacial Modification of Corn Stalk Cellulose Reinforced Polylactic Acid Composites.............................................................................HAN Qing, YANG Ge-sheng, YU Min-min, ZHANG Hui-hui, SHAO Hui-li(17)Study on Flame Retardant and Antibacterial Properties of Cotton Fabric with N,N-di(Ethyl Phosphate) Biguanide.........................................................................CHEN Bing, DONG Chao-hong, ZHU Ping, CI Mei-yu, LIU Jian, MA Xing-bo(23)Lignocellulosic Nanofibrils Produced From Waste Wheat Straw Using p-Toluenesulfonic Acid Prehydrolysis......................................................................................................GAO Ying, BIAN Hui-yang, JIAO Liang, DAI Hong-qi(31)Preparation of Dissolving Pulp of Mixed Eucalyptus by Prehydrolysis Kraft Method.....................................................................................HUANG Huang, LIU Zhu-lan, ZHOU Qia, YAO Hua, CAO Y un-feng(38)Interaction of a New Kind of Schiff Base Copper Complex with Hs-DNA..........LI Xiao-fang, FENG Xiao-qiang, ZHU Yuan-Cheng(44)Preparation of Cellulose/diatomite Composite Aerogel Beads and Its Adsorption Performance.................................................................................W ANG Jia-nan, YI Ying, BIAN Yong-jun, MA Yuan-yuan, LIU Zhi-ming(49)Preparation of Microfibrillated Cellulose Using Ultrasonication Combined with NaOH Solution Pretreatments...............................................................................................XU Xue-dong, LIU Bin, WU Xue, W ANG Jing, LIU Mei-lian(57)Research Progress on Cellulase Related Carbon Metabolism Repressor Factors in Filamentous Fungi............................................................................DENG Ting-ting, ZHENG Chun-juan, LAI Ya-peng, LIU Gang, W ANG Juan(65)Advances in Efficient Preparation of Nanocellulose in Environmentally Friendly Way..................................................................................BU Da-qin, KANG Sen-xian, W ANG Qi, JIANG Man, ZHOU Zuo-wan(72)No. 2Potential of Heparin/Fish-derived Gelatin Modified Bacterial Nanocellulose Tubes for Small Caliber Artificial Vessels..........................................................................................TANG Man, BAO Lu-han, SHAO Zhi-yu, CHEN Lin, HONG Feng(1)Breeding of Xylanase High-producing Strain by Mutation and Optimization of its Fermentation Conditions.............................................................................ZHU Hui-xia, FANG Zhen, W ANG Shui-ling, MA Xiao-jing, YAO Ri-sheng(11)Research on Structure and Degumming of European Hemp Fiber.................LI Fang, LIU Liu, LI Bei, ZHANG Rui-yun, W ANG Ni(24)Study on Properties of Bacterial Nanocellulose-based Antibacterial Hydrogel Composite Dressings........................................................................................................ZHANG Li, YUAN Hai-bin, CHEN Lin, HONG Feng(31)Preparation and Characterization of Stearic Acid Modified CNC/nano ZnO Composites.............ZHU Wen-kai, ZHANG Yang, WU Yan(39)Nano-magnesia/Cellulose Composite Microspheres for Adsorption Amoxicillin in Water.......................................................................................MA Can, DAI Xue-hai, WU Si-mei, Y ANG Jin-hui, LUO Xiao-gang(46)Optimization Condition on Laccase Production by a White Rot Fungus Trichaptum laricinumUnder Submerged Fermentation with Rice Straw...................XUE Hui-ting, YUAN Hong, HU Rui-ping, W ANG Rui, LI Guan-hua(52)Study on Water-repellent and Flame-retardant Composite Function of Silicon-phosphorus-nitrogenFlame Retardant for Cotton Fabric.........................MA Xing-bo, ZHU Ping, CHEN Xiao-yan, DONG Chao-hong, HE Peng-shuang(59)Current Advances in the Structure, Applications of CBM, and the Interactions between CBM and Polysaccharides........................................................ZHANG Yu, W ANG Xiao-yan, ZHANG Xin-yu, W ANG Pei-pei, TIAN Jing, SONG Jun-long(66)Progress in 3D Printing of Plants-Derived Cellulose.........W ANG Yan, CHENG Ting, LU Wan-li, QIN Xiao-yu, DUAN Chao, DAI Lei(74)No. 3Study on Catalytic Degradation of Kraft Lignin by Immobilized Laccase/Co(salen)...........................MA Xue-mei, ZHOU Xue-fei(1)Experimental study of Liquefied Corn Stalk Adhesive Pulverized Coal..............................................................................CHEN Juan, YAN Tao, YAN Qin-sheng, ZHANG Zhi-fang, LIU Hao, LI Mei(8)Effect of Ca2+ Crosslinked Semi-interpenetrating Network on Mechanical Properties of Sodium Alginate/HydroxypropylMethylcellulose Blend Film....................................................W ANG Qian-qian, ZHANG Lin, ZHANG Gang-qiang, ZHU Ping(15)Effects of Cooling Mode and Ultrasonic Time on the Fibrillation Degree and Mechanical Properties of Lyocell Fibers...........................................................................HUANG Jun, YANG Ge-sheng, YU Min-min, ZHANG Hui-hui, SHAO Hui-li(23)Study on Wet-strength Paper Based on the Solation Action of the NaOH-urea-ZnO-H2O System...................................................................................................................ZHAI Rui, ZHAO Hui-fang, ZHOU Xiao-fan(30)Preparation and Properties of CeO2-Cellulose Adsorbent from Cotton Stalk..........................LI Shuo, ZHOU Tao, TAN Wen-ying(36)Preparation and Characterization of Anti-dusting Pulp Molded Sample.........................................CEN Lei, ZHANG Xin-chang(45)Preparation and Application of Starch Bacterial Cellulose..........CHEN Chen, LI Xue-fei, LI Wen-ping, YANG Jia-zhi, SUN Dong-pin(51)Analysis of the Starch Dispersion in the z-Direction of the Cellulose-based Papers.......................................................................................JI Song-lin, NI Shu-zhen, LIU Zhu-lan, WU Wei-bing, DAI Hong-qi(57)Research Advances of the Diversity of Synthetic Raw Materials and Its Synthesis Mechanism of Bacterial Cellulose ......................................................................MAO Hai-long, HAN Y ong-he, W ANG Shan-shan, ZHANG W en-xian, JIANG Y ong-mei(68)Progress of Lignocellulose Biomass Catalytic Conversion to High Added-value Products...............LIU Zhi-bin, ZHANG Xue-qin(77)No. 4Preparation and Property of Polylactic Acid/Cellophane (PLA/CP) Composite Film...................................................................................................GOU Sha-heng, ZHANG Li-li, DUAN Yu, W ANG Zhi-guo(1)Study on Oxidants and Reaction Conditions Used in Lignin Degradation by One-pot Method Combing Laccaseand Biomimetic Complex.....................................................................................................MA Xue-mei, ZHOU Xue-fei(8)2D NMR Assisted Structure Elucidation of Double Substituent Glycerol Ether Cyanoethylated Cellulose.......................................................................QIAN Hao, SHEN Xiao-fei, ZHANG Yan, SONG Lei, WANG Hui-qing, LU Yun(18)Research on the Physical Stability and In Vitro Digestibility of Cellulose Ether/Cellulose Nanocrystals Composite Emulsions...............................................................................................LIU Ling-li, XIAO Yong-mei, MAO Zhi-ping, SUI Xiao-feng(27)Preparation and Characterization of Cellulose Acetate/Nano-Titanium Dioxide Antibacterial Composite Films....................................................................................GAO Ying, CAO Li-ming, YANG Yi-qin, WU Wei-bing, DAI Hong-qi(33)Preparation and Properties of Bagasse Cellulose/CMC Composite Hydrogels.......................................................................ZENG Jian, LI Yu, LI Jin-rong, CHEN Rui-rong, PING Zhao-hua, MA Nian-fang(40)Extract of Eucalyptus Lignin and Synthesis and Characterization of Lignin-epoxyresin.................................................................LI Hui-wen, MIAO Chang-lin, LV Peng-mei, W ANG Zhong-ming, YUAN Zhen-hong(46)Optimization of Short Time Impregnating-retting Using NenJiang River Water for Flax Stem...............................................................................TIAN Ying-hua, ZHANG Yu-fei, LIU Xiao-lan, W ANG Lu, Wu Hong-yan(52)Current Progress on Paper’s Mechanic Reinforcement...............................ZHANG Yan, LU Chuan-hu, SHEN Xiao-fei, WANG Chao-jun, ZHANG Ming-tao, LIU Yu-xin, W ANG Hui-qing(57)Progress of the Application of Natural Plant Dyes on Different Kinds of Textiles................................................................................................................SHAO Fen-juan, ZHANG Wei, DING Xue-mei(67)。
第46卷第1期燕山大学学报Vol.46No.12022年1月Journal of Yanshan UniversityJan.2022㊀㊀文章编号:1007-791X (2022)01-0038-083D 打印异烟肼载药微球支架及体外释药研究谭㊀浩,周建平,许㊀燕∗,张旭婧(新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐830047)㊀㊀收稿日期:2020-11-21㊀㊀㊀责任编辑:温茂森㊀㊀基金项目:国家自然科学基金资助项目(51665055)㊀㊀作者简介:谭浩(1995-),男,山东潍坊人,硕士研究生,主要研究方向为3D 打印与骨组织工程;∗通信作者:许燕(1975-),女,新疆乌鲁木齐人,博士,教授,博士生导师,主要研究方向复合材料生物3D 打印㊁智能农机与特种机器人㊁金属增材智能控制与成型性能,Email:lilixiu_z@㊂摘㊀要:为解决现阶段骨支架载药量难以控制㊁微球与多孔骨支架结合强度较低的问题,本研究利用挤出沉积式3D 打印法和冷冻干燥法将丝素微球与羟基磷灰石支架相结合,制备出搭载异烟肼药物微球的复合支架㊂因为不同微球含量对支架性能有不同的影响,所以实验在定量控制支架内药物量的前提下,通过改变微球的含量研究支架的缓释㊁降解和力学性能㊂实验结果表明,丝素微球不仅能使羟基磷灰石复合支架的降解速度加快,而且可以延长释药时间和减少药物释放量,但微球含量的增加会一定程度上降低支架力学性能㊂因此,利用挤出沉积式3D 打印法定量控制支架中载药微球含量,对微球与支架的结合㊁骨支架的药物控释具有良好的应用前景㊂关键词:载药微球支架;3D 打印;丝素蛋白;羟基磷灰石中图分类号:TH16㊀㊀文献标识码:A㊀㊀DOI :10.3969/j.issn.1007-791X.2022.01.0050㊀引言骨组织工程是将成骨细胞种植在具有高生物相容性并且可降解的支架上,促进成骨细胞增殖分化为骨骼,同时支架材料逐渐被降解,达到治疗骨缺损的目的[1-3]㊂现阶段针对疾病性骨缺损,在骨组织工程的基础上,加入了对病灶处的药物精准㊁持续释放,既保证了骨骼的生长,也促进了疾病的治疗㊂异烟肼是骨结核治疗的亲水性药物,并常与组织工程骨支架结合使用,但该类药物存在一定的毒副作用,过多药物易使体内脏器受损[4-6],此类药物的控释对载药骨支架应用尤为重要㊂3D 打印是目前新兴的一种制造方法,利用3D打印技术结合不同患者病灶处的具体情况,能够制备出在外形上与骨缺损地带相匹配的骨支架,通过工艺调节将药物与支架材料相结合打印,实现在病灶处药物投放和缓释,提高药物利用率并大幅度提高治疗效果㊂湖南大学乔小银[7]通过3D打印的方法制备了负载阿霉素及顺铂双药物的抗癌缓释支架,通过体外以及体内实验,成功抑制原位乳腺癌小鼠的乳腺肿瘤生长,实现了对病灶处的精准靶向治疗㊂载药微球是可以实现药物缓释的载体,其对药物的包覆是控制药物缓释的重要途径㊂将微球与骨组织工程支架结合,能够进一步控制支架的药物释速度进而提高药物利用率,减少药物对人体的损伤㊂羟基磷灰石(Hydroxy Apatite,HA)是打印骨支架常用的天然骨材料,结合具有良好的生物相容性丝素蛋白(Silk Fibroin,SF)制备支架,能够增加支架的骨诱导性和传导性,促进骨骼生长[8-10]㊂SF 源于蚕丝脱胶而得的纤维状蛋白质,其二级构象以无规线团㊁α-螺旋及β-折叠形式存在㊂二级结构可在外界因素如温度㊁浓度㊁pH 值㊁应力㊁离子的影响下由无规线团不稳定结构转化为β-折叠稳定结构㊂在微球的制备中,聚乳酸-羟基乙酸㊁壳聚糖㊁SF 是最常用的材料㊂聚乳酸-羟基乙酸是人工高分子聚合物,微球在使用过程中能够较快. All Rights Reserved.第1期谭㊀浩等㊀3D打印异烟肼载药微球支架及体外释药研究39㊀降解,但同时会产生酸性环境㊂壳聚糖㊁SF同属于天然高分子聚合物,而改变β-折叠结构含量可以调整SF的亲疏水特性,能够进一步调整微球的载药㊁缓释以及力学性能,因此利用SF制备载药微球,可以在保证微球的生物相容性的同时,进一步优化支架的释药㊁力学性能㊂兰州大学的乔永杰㊁甄平等[11]利用聚乳酸聚羟基乙酸微球搭载了异烟肼以及链霉素药物制备了载药支架,结果表明支架和药物之间具有良好结合性,并具有良好的药物释放效果㊂燕山大学宋河儒等人[12]利用壳聚糖制备了核壳结构微球,提高了微球的缓释性能㊂太原理工大学吉立静等人[13]通过自组装的方法,成功制备了负载姜黄素的SF微球,并通过调整微球的大小和乙醇介质的体积分数,实现了对微球释药速率控制㊂现阶段微球探究已较为完备,通过微球能够很好地调节药物的释放速率,进一步完善药物的控释㊂为了制备能够控释药物,并具有高生物相容性的载药微球骨支架,本文以异烟肼作为代表性药物,利用挤出沉积式3D打印法,将SF微球与支架材料混合制备载药骨支架㊂通过支架材料与药物的量效关系,计算出不同载药量下骨支架所需的总药量,并通过微球的释药机理,探究出微球对支架的缓释㊁降解㊁力学性能的影响,为制备可控释载药微球支架提供参考㊂1㊀实验方法1.1㊀试剂和仪器SF(粒径350nm,新天丝生物技术有限公司);HA(纯度96%,粒径40nm,南京爱普瑞纳米材料有限公司);异烟肼(上海源叶生物科技有限公司);磷酸盐缓冲液(pH=7.0~7.2,0.0067M (PO4),HyClone公司);Span-80㊁溴化锂㊁聚乙烯醇(Poly Vinyl Alcohol,PVA)㊁碳酸钠(北京博奥拓达科技有限公司);数显恒温磁力搅拌器(常州越新仪器制造有限公司);紫外分光光度计(浙江力辰科技有限公司);恒温振荡器(浙江纳德科学仪器有限公司);微机控制电子万能试验机(WDW-20,方辰仪器设备公司),自主研制3D打印机㊂1.2㊀异烟肼标曲精准称量异烟肼药物50mg加入100mL磷酸盐缓冲液(Phosphate Buffer Saline,PBS),配置为500μg/mL的缓冲液,将其分别稀释成0.1μg/ mL㊁0.5μg/mL㊁1μg/mL㊁5μg/mL㊁10μg/mL㊁15μg/mL㊁20μg/mL的异烟肼标准液,利用紫外分光光度计,得到异烟肼药物标准曲线,检测得到异烟肼药物标准试样溶液的吸光度㊂经实验测得最大吸光值在262.5nm处,回归方程为y=0.343 97x-0.01625,R2=0.9949㊂1.3㊀SF溶液制备称取一定质量的蚕茧,以浴比为1ʒ50加入质量分数0.5%的碳酸钠溶液中,清洗烘干以浴比1ʒ4浸润于9.3mol/L的溴化锂溶液中溶解,用去离子水在透析袋中透析4天,每7h更换溶液,之后离心制备成SF溶液冷藏备用,通过干燥法测量得到SF溶液浓度为3%㊂1.4㊀载药微球制备及性能测试采用乳化法制备异烟肼微球㊂将Span-80与液体石蜡共混作为油相,以400r/min磁力搅拌20min至充分混匀,将SF溶液与异烟肼按比例混合作为水相㊂将水相缓慢滴入油相中,油相与水相比例在6ʒ1~14ʒ1之间,400r/min持续搅拌乳化30min,得到稳定均匀的油包水相(W/O)初乳液,将异丙醇滴入W/O初乳液中持续搅拌30min㊂将混合乳液以3000r/min离心3次,每次10min,再用异丙醇洗涤两次,超纯水洗涤一次㊂离心后收集沉淀物,真空冷冻干燥,获得粉末状异烟肼载药微球㊂微球形貌电镜图如图1所示,微球表面较为光滑,粒径均匀且成球效果较好㊂通过吸光度检测得知微球的载药率为3.2%㊂图1㊀载药微球电镜图Fig.1㊀Electron microscopy of drug-loaded microspheres 1.5㊀PVA/SF水凝胶制备通过加热法将PVA与蒸馏水按比例制备成15%浓度的PVA溶液,将SF溶液与PVA溶液按照1ʒ4质量比混合制备成PVA-SF凝胶㊂有研究. All Rights Reserved.40㊀燕山大学学报2022表明SF 与PVA 结合,可增强水凝胶材料的生物相容性及增加孔隙率,加快支架内外物质的交换速度,促进支架内部药物的释放[14]㊂1.6㊀载药支架制备1.6.1㊀药物含量计算由于载药骨支架的药量通常需要根据打印支架的数量或浸泡载药等方式进行后处理计算,而材料遗留以及药物与支架结合方式不稳定将造成较大误差㊂为此本文采用质量控制法,基于单位材料与单个支架的质量比,得出实验时应加入的药物总质量M y ,具体计算公式为M y =M aM u M oX 0,(1)式中,M o 为单个支架质量,M u 为1g 支架材料(HA +β-磷酸三钙)与PVA 混合冷冻干燥后的质量,X 0为单个支架中应载的药物量,M a 为实验时加入的材料(HA +β-磷酸三钙)总质量㊂1.6.2㊀微球支架制备按照式(1)和微球的载药率计算出应加入的药量和微球质量,制备成总药量均为18mg 的3组药物粉末㊂分别为异烟肼纯药物粉末,总药量的3%为微球的混合药物粉末,总药量的6%为微球的混合药物粉末㊂将HA 与β-磷酸三钙按照质量比3ʒ2制备成固体打印芯材,分别与3组药物粉末均匀混合加入PVA /SF 水凝胶中,按照质量比5ʒ8均匀搅拌,制作成3种不同微球含量的3D 打印芯材㊂在3D 打印机中利用G 代码控制机进行支架打印,制备成高1cm,长㊁宽0.8cm 的载药支架,最后通过冷冻干燥的方式对支架进行定形处理,3种支架如图2所示㊂图2㊀3D 打印载药骨支架Fig.2㊀3D printed drug-loaded polymer scaffolds1.7㊀载药骨支架药物释放性能测试将3组载药支架放在PBS 溶液中,在37ħ恒温振荡器中累计释药84d,分别在1d㊁2d㊁7d㊁14d㊁28d㊁42d㊁56d㊁70d㊁84d 更换并留存缓释液,通过紫外分光光度计分别测出每阶段的药物浓度,累加后得出累计释药率Q ,具体计算公式为Q =ðnt =1C t V t X 0,(2)式中,t 为测样次数,n 为测样总次数,C t 为第t 次测得的药物浓度,V t 为第t 次测样所取的液体体积,X 0为每个支架的载药量㊂1.8㊀载药骨支架体外降解研究对载药支架采用模拟体液浸泡法对支架进行体外降解研究㊂将异烟肼载药支架放入PBS 缓冲液中,并在恒温振荡器中,37ħ条件下培养84d㊂根据人体体液更换规律,设置每14d 更换一次,设置每2周更换一次PBS 溶液,并取出支架进行干燥称重,持续观察支架形貌[15]㊂1.9㊀力学性能测试将制备的载药支架放在压缩试样机上进行压力测试,设置速度为2mm /min,通过传感器得到压力数据,并用Origin 软件绘制压力/应变曲线㊂根据压缩强度公式以及弹性模量公式分别计算3. All Rights Reserved.第1期谭㊀浩等㊀3D打印异烟肼载药微球支架及体外释药研究41㊀组支架的最大抗压强度σmax及弹性模量E:σmax=F max A ,E=σε=FL AΔL,式中,F max为破坏时的最大载荷,A为样本试验接触面面积,F为试验力,L为试样高度,ΔL为轴向变形,σ为正应力,ε为应变㊂2㊀结果与讨论2.1㊀载药骨支架药物分析2.1.1㊀异烟肼微球支架释药量分析在3种载药支架中各取出3个缓释样品,计算得出3种载药支架前一周的累计药物释放量如图3所示㊂通过图3可以得出,在1d及1~3 d时间段内,各组平行支架间药物释放量基本相同,药量误差在10~14μg范围内,采用SPSS2.0进行统计学分析,对数据进行组间多重比较,检验水准为α=0.05㊂经SPSS软件分析得出P>0.05,说明同种支架的差异性不显著㊂由于前期为支架表面药物释放,支架形貌和结构对药物释放的影响较大会造成较大误差,因此通过3D打印方法控形,结合药物计算,减少了同种支架药物释放的误差,确保了支架药量控制的准确性㊂2d后,微球支架药物释放量开始小于纯药物支架㊂这是由于微球搭载药物存在于微球表面以及微球内部,当微球缓释时会将表面药物优先释放,随着微球的降解微球内部的传质通道逐渐增多㊁扩大,使微球内部药物缓慢释放,因此加入微球的支架释放速率更为缓慢[16]㊂2.1.2㊀异烟肼微球支架释药率分析通过3D打印的方法,保证了支架间形貌的一致,减小了因支架的形貌不同造成的缓释误差㊂图4是根据式(2)计算出的3种支架的药物累计缓释率,图4(a)为纯药物支架中取出的3个平行支架的累计药物释药率,图4(b)为含有3%药物量微球的平行支架累计药物释药率,图4 (c)为含有6%药物量微球的平行支架累计药物释药率㊂通过图4可以看出,平行支架间的累积释药率趋势基本相同㊂由于支架结构相同,内部的材料分布情况不同,支架降解㊁胀大后造成的传质通道不同,药物释放量在后期存在一定的差异,但平行组误差都在1%~2%之间,误差较小,经统计学计算其中(a)㊁(b)㊁(c)三组数据均为P>0.05同组间差异性不显著,保证了试验的可重复性㊂因此通过3D打印的方法制备载药支架可以稳定控制支架中的药物含量和支架的药物释放量,一定程度上减少了相同支架的药物释放误差㊂图3㊀各时间阶段内支架累计释药量Fig.3㊀Cumulative amount of drug released fromstents in each time phase㊀㊀微球通过球壁的传质通道并利用内外药物浓度梯度减缓药物释放,因此可以通过改变微球含量达到减缓支架药物释放速率目的[16]㊂对3组支架的平行样求均值后数据如图4(d)所示㊂1~3d左右3种支架的药物释放量基本相同,在3d后搭载微球的支架释放速率明显慢于纯药物支架,并且微球的含量越多,缓释速率越缓慢, 6%微球支架相比于纯药物支架释药降低了2.27%,由于其释药趋势基本相同,因此推断微球支架可以延长载药时间2.27%,经统计学计算3组支架间的P<0.01,不同组间差异性极其显著,可以说明微球对支架释药性能造成了根本性改变,具有统计学意义㊂支架的药物释放率和释放模式是由药物扩散以及支架的降解共同决定的[17]㊂异烟肼为亲水性药物,前期支架表面的药物会大量释放溶解㊂后期由于支架中PVA与HA的交联致密,结晶程度高,对内部药物释放起到一定的阻碍作用,阻挡了液体在支架内的流动. All Rights Reserved.42㊀燕山大学学报2022与交换,在支架降解㊁溶胀时传质通道扩大,药物才能大量释放到支架外;同时基于微球的释药机理,将支架部分药物转化为微球内药物同样减缓了药物的释放[12]㊂微球以及支架本身的共同影响造成了微球支架释药慢的现象㊂图4㊀载药支架累积释药率Fig.4㊀Scaffolds cumulative release rate2.2㊀载药骨支架体外降解分析HA 作为磷酸钙盐类自然矿化物,其降解主要是溶解㊁水解㊁沉淀和相变共同作用的结果[18]㊂体外缓释主要是水解的方式,由于HA㊁PVA 是难以降解的材料,因此水解作用中体降解速度大于面降解速度,渗水的速率大于水解的速率,使支架的表面降解速度大于内部的降解速度[19-20]㊂由于支架材料搅拌过程中并不能保证材料均匀分布,因此在降解时会造成一定误差,每次取样从每组支架中取出3个作为平行样,经过统计学分析得平行样间P >0.05,同组间差异性不显著,保证了平行支架的可重复性;对不同实验组间重量进行统计学分析得0.01<P <0.05,不同组间差异性较为显著,微球可以改变支架的降解性能,具有统计学意义㊂通过表1降解数据得出,3组支架的最大降解率为11.59%㊂没有加入微球的纯药物支架在84d 内降解率为(4.48ʃ1.04)%㊂加入3%微球的载药支架在84d 内降解率为(8.61ʃ0.42)%,6%载药微球支架降解率为(11.59ʃ1.01)%,微球含量越多,支架降解得越多㊂这可能是微球的加入,增加了HA 与PVA 之间的孔隙率,随着微球的降. All Rights Reserved.第1期谭㊀浩等㊀3D打印异烟肼载药微球支架及体外释药研究43㊀解以及脱落,扩大了支架内部的空隙,从而扩大了支架与液体的接触面积,加快了支架的降解速率㊂从图5中可以得出,第42d开始,支架的降解速率明显加快,其中6%微球支架降解速率增加最为明显,也说明了微球可以加速支架的降解㊂同时从图4的缓释趋势中可以看出,第42d左右,所有支架的药物缓释也出现了相应的缓释加速现象,而载有微球的支架现象更为明显㊂这说明了支架降解对药物缓释存在一定的影响,并且微球的加入增强了这一现象㊂表1㊀载药支架12周降解率Tab.1㊀Degradation rate of drug-loadedscaffolds at12weeks支架种类质量减少率/%纯药物支架 4.483%微球支架8.616%微球支架11.59图5㊀载药支架质量变化曲线Fig.5㊀Curve of mass change of drug-loading scaffolds 2.3㊀载药骨支架力学强度分析如表2所示,纯药物支架的最大抗压强度为7.572MPa,而加入SF微球支架的最大抗压强度分别只有7.244MPa和7.182MPa,结合图6所示的应力-应变曲线图,可以看出弹性模量也随微球含量的增加降低,支架的力学性能出现了一定的降低㊂可能由于微球由SF构成,力学强度低且分子空间体积较大,从而使支架内部孔隙率增加,降低了支架的弹性模量,使支架在同等受力情况下应变扩大[21]㊂表2㊀载药支架压缩性能Tab.2㊀Compression performance of drug-loaded scaffolds 支架种类最大应力/MPa最大应变/%弹性模量/MPa纯药物支架7.57211.437㊀120.02㊀3%微球支架7.24410.61696.28 6%微球支架7.1829.76191.90图6㊀载药支架应力-应变曲线Fig.6㊀Stress-strain of drug-loaded scaffolds3㊀结论本文采用挤出沉积式3D打印技术,选取生物性能较好的HA㊁SF以及PVA作为支架主体材料,在控制总药量的基础上,制备了纯异烟肼药物支架㊁3%载药微球支架和6%载药微球支架㊂通过缓释㊁降解和力学实验可以得出,SF微球的加入可以减缓支架的释药速率,增加HA支架的降解速率,并在一定程度上降低支架的力学性能㊂因此,在使用微球的同时需要注意微球对支架力学性能的影响,使微球支架力学性能控制在许用范围之内㊂通过SF微球改变异烟肼载药支架的释药速率,有利于降低异烟肼药物的毒副作用,对载药微球骨支架的制备以及应用具有一定的借鉴意义,使支架降解速度与骨生长速度相匹配,更好地促进骨骼生长,治疗骨结核等骨缺损性疾病㊂下一步,需要对支架中的形貌以及降解后支架内部微球形貌进行分析,深度揭示微球对支架的影响机理㊂. All Rights Reserved.44㊀燕山大学学报2022参考文献1ZHOU Z B ZHENG Y WANG L M.A comparative study on the value of Xpert MTB/RIF and T-SPOT.TB tests in the diagnosis of bone and joint tuberculosis J .Clinica Chimica Acta 2020 500 115-119.2ABHAY S STEPHEN J.Repairing holes in the head a history of cranioplasty J .Neurosurgery 1997 40 3 588-603.3刘洋王欢朱晔等.骨组织工程支架材料研究进展 J .临床口腔医学杂志2019 35 10 637-639.LIU Y WANG H ZHU Y et al.Research progress in bone tissue engineering scaffold materials J .Journal of Clinical Stomatology 2019 35 10 637-639.4崔振玲景奉香胡忠义等.基因芯片检测结核分枝杆菌利福平和异烟肼耐药性研究 J .中华结核和呼吸杂志2004 27 7 439-441.CUI Z L JING F X HU Z Y et al.Study on drug resistance of rifampicin and isoniazid of mycobacterium tuberculosis detected by gene chip J .Chinese Journal of Tuberculosis and Respiratory Diseases 2004 27 7 439-441.5SHAO J L MA J Q LIN L L et al.Three-dimensional printing of drug-loaded scaffolds for antibacterial and analgesic applications J .Tissue Engineering 2019 25 4 222-231.6DIAZ-RODRIGUEZ P SÁNCHEZ M LANDIN M.Drug-loaded biomimetic ceramics for tissue engineering J .Pharmaceutics 2018 10 4 272-292.7乔小银.生物3D打印的载药支架用于乳腺癌治疗的研究 D .长沙湖南大学2019.QIAO X Y.3D printed drug-loaded stent for the treatment of breast cancer D .Changsha Hunan University 2019.8乔军杰安帅程宏飞等.纳米羟基磷灰石复合人工骨材料的研究进展 J .生物骨科材料与临床研究2018 15 3 61-65. 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China Plastics Industry 2020 48 5 136-140.3D printed isoniazid microsphere scaffolds and drug release in vitroTAN Hao ZHOU Jianping XU Yan ZHANG XujingCollege of Mechanical Engineering Xinjiang University Urumqi Xinjiang830047 ChinaAbstract It is known that the drug loading of bone scaffold is difficult to be controlled and the bonding strength betweenthemicrospheres and theporous bone scaffolds is low.In order to solve the above problems the silk fibroin microspheresarecombined with hydroxyapatite scaffolds using aextrusion deposition3D printing method and afreeze-drying method and compositescaffold containing isoniazid microspheres isprepared.The release degradation and mechanical properties of scaffolds arestudied bychanging the content of microspheres under the premise of quantitative control of drug amount in the stentsincethe different contentof microspheres has different influences on the performance of scaffolds.The studyresults show that thesilk fibroin microspheres cannot only accelerate the degradation rate of hydroxyapatite composite scaffolds but also prolong the drug release time and reduce thedrug release amount.However with the increase of the content of microspheres the mechanical properties of the scaffold arereducedto a certain extent.Therefore the extrusion deposition3D printing method can be used to quantitatively control the content of drugloaded microspheres in scaffolds which has a good application prospect for the combination of microspheres and scaffolds and drugcontrolled release of bone scaffolds.Keywords drug-loaded polymer scaffolds 3D printing silk fibroin hydroxyapatite. All Rights Reserved.。
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微流体驱动与控制系统的研究进展赵士明;赵静一;李文雷;王立亚;郭锐【摘要】随着微流控系统的应用越来越广泛,微米尺度和纳米尺度器件微通道内的流动逐渐成为了研究的热点.重点阐述了微流控系统的驱动元件——微泵、控制元件——微阀的研究现状,介绍了学者们研制的各种微泵、微阀的工作原理与结构特点,指出了微流体驱动控制系统泄漏、结构复杂、成本偏高等问题依然存在,并对微驱动控制的发展方向进行了展望.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2018(000)007【总页数】8页(P40-47)【关键词】微流体;微通道;微泵;微阀【作者】赵士明;赵静一;李文雷;王立亚;郭锐【作者单位】燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室,河北秦皇岛066004;先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室(燕山大学),河北秦皇岛066004;唐山工业职业技术学院机械工程系,河北唐山063299;燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室,河北秦皇岛066004;先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室(燕山大学),河北秦皇岛066004;燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室,河北秦皇岛066004;先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室(燕山大学),河北秦皇岛066004;燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室,河北秦皇岛066004;先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室(燕山大学),河北秦皇岛066004;燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室,河北秦皇岛066004;先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室(燕山大学),河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】TH703流体是物质的重要存在形式之一,流体的流动是自然界最基本的现象,通常把微米尺度或接近微米尺度空间里的流动称为微流体。
以层流或低雷诺数为主要特征的微流体的操控简称为微流控。
最近十几年迅速发展的微流控芯片是一种典型的微流控技术的推广,因为微尺度的特征,可以把生物、化学、医学等领域涉及的生物、化学等实验室的功能集成到一块几平方厘米的芯片上,因此也称为芯片实验室[1-3]。
三维预成形钛网整体修复眼眶内下壁骨折的疗效观察郭晓会; 王兆艳; 郝晓璐; 刘晓萃【期刊名称】《《解放军医学院学报》》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】4页(P651-654)【关键词】眼眶爆裂性骨折; 预成形钛网; 手术【作者】郭晓会; 王兆艳; 郝晓璐; 刘晓萃【作者单位】[1]解放军总医院第一医学中心眼科北京100853【正文语种】中文【中图分类】R779.6随着交通事故及运动损伤的增多,眼眶骨折的发病率也逐渐提高。
眼眶内、下壁联合骨折发生眼球凹陷及复视的概率和严重程度均高于单侧眶壁骨折[1-2],只有对眶内下壁骨折进行精确的修复才能改善患者的外貌及功能。
在国内我们首先报道了预成形钛网在眼眶骨折修复中的应用,证实预成形钛网可精确、简便地修复眼眶下壁或内壁骨折[3]。
但文章未就眼眶内下壁爆裂性骨折整体修复进行专门论述。
本研究采用预成形钛网整体修复41例眼眶内下壁爆裂性骨折,取得良好效果,现报道如下。
资料和方法1 资料选取2012年5月- 2018年1月在本中心眼科接受手术治疗的41例眼眶内下壁爆裂性骨折病例作为研究样本。
纳入标准:单纯性眼眶内下壁爆裂性骨折,眼球完整,CT资料齐全。
患者基本情况见表1。
2 CT检查术前常规行眼眶CT水平和冠状位扫描及三维重建,明确有眼眶内下壁骨折及眶内软组织疝出。
术后复查眼眶CT,以评判骨折修复情况。
3 填充材料使用瑞士Synthes公司生产的预成形钛网,厚度0.4 mm,有大、小两种规格及左(L)、右(R)之分,根据眶壁缺损大小选择不同型号,术中可适当修整。
本组病例眼眶骨折范围较大,多使用大号眶底板,填充至眶内后示意图见图1。
4 手术方法全麻下手术,常规做泪阜结膜和下睑缘皮肤两个切口。
在骨膜下分离,使内侧切口和下方切口沟通,充分暴露骨折边缘,松解还纳嵌顿的软组织及眼外肌。
术中根据眶壁缺损情况将不同规格预成形钛网置入骨折区域,将各个边缘均置于稳定骨壁上,于术中观察眼球凹陷矫正情况,可适当调整钛网位置,使术眼较对侧眼突出1 ~ 2 mm。
《智能制造》2023年度优秀审稿专家、作者
佚名
【期刊名称】《智能制造》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】2023年,参与《智能制造》评审工作的各位审稿专家为我刊给予了诸多支持,衷心感谢各位专家在审阅过程中本着对刊物和作者高度负责的态度,对稿件提出了具有重要参考意义的公正评价,给出合理、科学、耐心的审稿意见。
为感谢审稿专家的突出贡献,编辑部综合考虑年度审稿数量、审稿周期、评审质量等指标,报请主编会议审议,评选出本年度优秀审稿专家11名。
【总页数】1页(P15-15)
【正文语种】中文
【中图分类】G23
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1.2010-2015年度优秀审稿专家、优秀作者、优秀论文表彰名单
2.《智能制造》2021年度优秀审稿专家、通讯员、作者
3.《中国麻业科学》2023年度“优秀青年编委”“优秀作者”“优秀审稿专家”评选结果
4.《电气应用》2023年度优秀审稿专家和优秀论文
5.《棉纺织技术》2023年度优秀审稿专家和优秀通讯员
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